石粉對再生機制砂混凝土收縮和強度性能的影響研究

摘要：廢舊混凝土再生機制砂制備混凝土具有顯著的經濟、環保效益。本文從強度和收縮性能方面研究了石粉含量對廢舊混凝土再生機制砂混凝土性能影響。結果表明：石粉含量lt;9%對混凝土工作性能有改善作用，并提高了混凝土抗壓強度，9%石粉摻量提高混凝土抗壓強度約10%。適量的石粉會降低混凝土早期自收縮，但3 d混凝土的自收縮與石粉含量之間沒有明顯的關聯。石粉含量lt;6%時可抑制再生機制砂混凝土干燥收縮，研究結論對于廢舊混凝土再生機制砂混凝土應用提供了借鑒。

關鍵詞：廢舊混凝土再生；機制砂；石粉；混凝土性能

中圖分類號：TU528" """"文獻標識碼：A" """"文章編號：2096-2118（2024）05-0014-04

Study on the Influence of Stone Powder on the Shrinkage and Strength

of Recycled Machine-Made Sand Concrete

YANG Xuetao，PAN Biting，ZHOU Shengbo*，WANG Xuanxuan，LUO Yan，WAN Xiaoyu

（Suqian University，Suqian Jiangsu" 223800，China）

Abstract：The recycled machine-made sand concrete has significant economic and environmental benefits.In this paper，the influence of stone powder content on strength and shrinkage performance of the recycled machine-made sand concrete is studied.The results showed that the stone powder can improve the working performance and increase the compressive strength of concrete when its content is less than 9%，and 9% stone powder can increase the compressive strength of concrete by about 10%.An appropriate amount of stone powder can reduce the early self-shrinkage of concrete，but there is no obvious correlation between the self-shrinkage of 3 days concrete and the content of stone powder.When the content of stone powder is less than 6%，the dry shrinkage of recycled machine-made sand concrete can be inhibited.The research conclusions provide references for the application of recycled sand concrete.

Keywords：waste concrete regeneration；machine-made sand；stone powder；concrete performance

0" 引言

混凝土廣泛應用在土木工程建設領域，近年來，隨著基礎設施建設規模擴大，混凝土原材料資源消耗巨大，特別是用量占混凝土原材料比重達25%～35%的河砂已不能滿足可持續發展要求。為響應綠色低碳和品質工程建設，公路工程中大量推行使用再生粗細骨料，特別是含粉量大會導致機制砂的細度模數波動性大，施工質量難控制，嚴重限制了其在結構物混凝土中的應用[1-3]。國內外學者針對石粉對混凝土強度、工作性和耐久性的影響研究較多[4-8]，章鑫等[9]指出較小石粉顆粒可發揮微集料作用，有利于促進混凝土流動性，并優化孔隙結構。姜同輝等[10]研究了不同粉砂比下高強混凝土流動性能、抗壓強度和耐久性能，粉砂比不低于9%，當降低粉砂比時可改善混凝土的和易性，增強了抗壓強度和耐久性。李廣等[11]研究指出摻加5%石粉的混凝土抗壓、劈拉強度、抗滲透及抗碳化性能最佳，含10%石粉混凝土的強度和耐久性最低。

目前針對廢舊混凝土再生機制砂中的石粉對混凝土性能影響研究相對較少，為提高混凝土工程中廢舊再生材料的使用率，本研究將石粉含量對再生機制砂混凝土工作性、強度和收縮等方面綜合性能的影響開展研究，以期為再生機制砂應用過程中的施工質量控制提供依據。

1" 原材料及試驗方案設計

1.1" 原材料

原材料包括水泥、粗骨料、廢舊混凝土再生機制砂和再生石粉以及減水劑，其中水泥為P.O42.5，化學組成及技術指標分別見表1～表2。細骨料為廢舊混凝土機制砂，密度為2.6 g/cm3，細度模數2.7，石粉來源于再生機制砂篩余物。粗集料為石灰巖碎石，粒徑范圍5 mm～25 mm。減水劑為聚羧酸高效減水劑、減水率25%，水為市政自來水。

1.2" 試驗配合比設計

混凝土設計強度為C30，石粉摻量為機制砂的質量的0，3%，6%，9%，12%，減水劑摻量為推薦摻量，配合比見表3。

1.3" 試驗方法

混凝土坍落度和擴展度測試依據GB/T 50080—2016，抗壓強度性能測試依據GB/T 50081—2019進行。混凝土收縮試件尺寸100 mm×100 mm×515 mm，在標準條件下養護1 d后取出測試混凝土自收縮（表面包裹塑料薄膜）和干縮率。

2" 結果與討論

2.1" 石粉對再生混凝土工作性影響

圖1～圖2分別為不同石粉含量再生機制砂混凝土坍落度和擴展度。隨著石粉含量增加，混凝土的坍落度與擴展度均存在明顯峰值。表明當石粉含量≥3%時，再生機制砂混凝土的坍落度與擴展度均低于不含石粉的樣品，適量石粉可改善新拌再生混凝土的工作性能，主要原因是石粉細度與水泥細度相當，適量石粉可彌補水泥漿量，同時石粉有利于降低砂漿與粗骨料間的摩擦，改善了新拌混凝土的工作性能。繼續增加石粉的含量，由于粉體比面積增加導致漿體的黏度增加，會大幅度降低混凝土拌合物的坍落度和擴展度。

2.2" 石粉含量對再生混凝土強度的影響

圖3為不同石粉含量混凝土抗壓強度的變化規律，石粉含量lt;9%的再生混凝土抗壓強度比未摻加石粉強度增加約10%，表明了石粉對混凝土的微集料填充效應，同時具有活性的石粉可與水泥水化產物發生二次水化反應，其產物可與其他水化產物搭接，使水泥石結構更加密實。但當石粉含量超過極限值時，會破壞混凝土的最密實堆積結構。

2.3" 石粉對再生混凝土收縮性能的影響

圖4為再生機制砂混凝土的早期自收縮結果，水化5 h以內混凝土先收縮再膨脹，與純水泥水化初期類似，由于早期生成的鈣礬石體積增大抵消了部分收縮變形，而水化5 h后混凝土收縮快速增加，這主要是由于水泥水化過程進入加速期后自由水快速減少引起的毛細負壓使得宏觀體積快速減小，同時，水化產物體積減小引起化學減縮。當水化反應加速期繼續進行時，混凝土在5 h～20 h收縮率快速增大，在約20 h時，不同配比混凝土會出現小幅的膨脹，這與水化產物的晶相轉變有關。可見一定含量的石粉會一定程度降低混凝土的早期自收縮，混凝土3 d自收縮與石粉含量關系并不顯著，隨石粉含量增大，各配方混凝土不同時間點的自收縮數值有小幅差異。

圖5給出了不同混凝土的各齡期干縮值試驗結果，可以得知再生機制砂混凝土的干縮發展與普通混凝土基本一致，不同石粉含量的混凝土7 d內均出現較高的收縮值，7 d收縮可達120 d收縮的60%左右。從結果可知，石粉含量影響了機制砂混凝土的收縮，當石粉含量增大時，機制砂混凝土各齡期收縮也有小幅增大，但當石粉含量≥6%時，機制砂混凝土收縮反而降低。

2.4" 石粉對再生機制砂混凝土的影響機理分析

圖6為采用光學顯微鏡放大20倍觀察到的28 d水化齡期后不同石粉含量再生機制砂混凝土斷面圖像，隨著石粉含量從0%（S1）增加到12%（S2），斷面孔隙周圍的顏色發生漸變，S1樣品斷面顏色較深，隨著石粉含量增加，斷面灰白色占比面積明顯增多，孔隙中填充了較多的灰白色顆粒，且石粉含量增加越多，灰白色亮度更加明顯，表面石粉在混凝土中的效應主要為填充效應，而活性表現不是很明顯，也進一步佐證了石粉對混凝土微孔的填充作用。

3" 結論

1） 適量石粉能改善新拌混凝土的拌合物性能，石粉含量≥9%的混凝土坍落度與擴展度受到石粉含量影響顯著。

2） 石粉細度較小時，可發揮石粉微集料填充作用，早期水泥水化產物成核效應明顯，提高混凝土的強度。

3） 當石粉含量lt;6%時，石粉可抑制再生混凝土的收縮；而當石粉含量≥6%時，會明顯增加混凝土干燥收縮率。

參" 考" 文" 獻

[1]楊玉輝，周明凱，趙華耕.C80機制砂泵送混凝土的配制及其影響因素[J].武漢理工大學學報，2005，27（8）：27-30.

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編輯：楊" 洋

DOI：10.3969/j.issn.2096-2118.2024.05.003

收稿日期：2024-01-03

基金項目：江蘇省高等學校自然科學研究項目資助（23KJA560007）；江蘇省土木建筑學會項目（省土建會字（2023）第4號項目9）；宿遷市科技計劃項目資助（H202313）

作者簡介：楊雪濤（2002～），男，河南省開封市人，研究方向：廢舊混凝土再生。

通信作者：周勝波（1979～），男，山東省泰安市人，正高級工程師，博士，研究方向：土木工程建、養低碳環保新型材料及耐久性，E-mail：

zhoushengbo2005@163.com